Hõõrdumine on jõud, mis takistab objekti liikumist. Liikuva objekti peatamiseks peab jõud toimima liikumissuunale vastupidises suunas. Näiteks kui lükkad põrandal lebavat palli, siis see liigub. Tõukejõud viib selle teise kohta. Järk-järgult pall aeglustub ja peatub. Jõudu, mis takistab objekti liikumist, nimetatakse hõõrdumiseks. Looduses ja tehnoloogias on selle jõu rakendamise kohta tohutult palju näiteid.
Hõõrdumise tüübid
Hõõrdumisi on erinevat tüüpi:
Üle jää liikuv uisutera on libisemise näide. Kui uisutaja liuväljal ringi liigub, puudutab uiskude põhi põrandat. Hõõrdumise allikaks on tera pinna ja jää vaheline kontakt. Määrab objekti kaal ja pinna tüüp, millel see liigubkahe objekti vahelise libisemise (hõõrdumise) suurus. Raske ese avaldab pinnale, millest see üle libiseb, rohkem survet, mistõttu tekib suurem libisemishõõrdumine. Kuna hõõrdumine on tingitud objektide pindade vahel tekkivatest külgetõmbejõududest, sõltub hõõrdumise suurus kahe vastastikku mõjuva objekti materjalidest. Proovige tasasel järvel uisutada ja leiate, et see on palju lihtsam kui konarlikul kruusateel uisutamine
- Puhke hõõrdumine (kohesioon) - jõud, mis tekib 2 kokkupuutuva keha vahel ja takistab liikumise tekkimist. Näiteks kapi liigutamiseks, naela löömiseks või kingapaelte sidumiseks tuleb ületada nakkejõud. Sarnaseid näiteid hõõrdumisest looduses ja tehnoloogias on palju.
- Jalgrattaga sõites on ratta ja tee vaheline kontakt veerehõõrdumise näide. Kui objekt veereb pinnal, on veerehõõrdumise ületamiseks vajalik jõud palju väiksem kui see, mis on vajalik libisemise ületamiseks.
Kineetiline hõõrdumine
Kui lükkasid raamatu lauale ja see liikus teatud kaugusele, koges see liikuvate objektide hõõrdumist. Seda jõudu tuntakse kineetilise hõõrdejõuna. See toimib ühele teise pinnale, kui kaks pinda hõõruvad üksteise vastu, kuna üks või mõlemad pinnad liiguvad. Kui paned esimese raamatu peale lisaraamatuid, et normaaljõudu suurendada, on kineetiline hõõrdejõudsuurendada.
Seal on järgmine valem: Fhõõrdumine=ΜFn. Kineetilise hõõrdejõud võrdub kineetilise hõõrdeteguri ja normaaljõu korrutisega. Nende kahe jõu vahel on lineaarne seos. Kineetilise hõõrdetegur seostab hõõrdejõudu normaaljõuga. Kuna tegemist on jõuga, on selle mõõtmise ühikuks Newton.
Staatiline hõõrdumine
Kujutage ette, et proovite diivanit üle põranda lükata. Vajutad väikese jõuga, aga see ei liigu. Staatiline hõõrdejõud toimib vastusena jõule, püüdes põhjustada liikumatut objekti liikumist. Kui objektile sellist jõudu ei ole, on staatiline hõõrdejõud null. Kui mingi jõud üritab liikumist tekitada, siis teine jõud tõuseb oma maksimaalse väärtuseni, enne kui sellest üle saab, ja liikumine algab.
Selle vaate valem: Ffriction=ΜsFn. Staatiline hõõrdejõud on väiksem või võrdne staatilise hõõrdeteguri Μ (s) ja normaaljõu F (n) korrutisega. Diivani näites tasakaalustab maksimaalne staatiline hõõrdejõud seda lükkava inimese jõudu, kuni diivan hakkab liikuma.
Hõõrdetegurite mõõtmine
Mis määrab hõõrdejõu? Looduses ja tehnoloogias mängivad teatud rolli materjalid, millest pinnad on valmistatud. Näiteks kujutage ette, et proovite mängida korvpalli, kandes spordijalatsite asemel sokke. Võib küllhalvendab oluliselt teie võiduvõimalusi. Jalats aitab tagada pidurdamiseks ja kiireks suunamuutmiseks vajalikku jõudu pinnal joostes. Teie kingade ja korvpalliväljaku vahel on rohkem hõõrdumist kui sokkide ja poleeritud puitpõranda vahel.
Erinevad koefitsiendid näitavad, kui kergesti võib üks objekt üle teise libiseda. Nende täpsed mõõtmised on pinnatingimuste suhtes üsna tundlikud ja määratakse eksperimentaalselt. Märjad pinnad käituvad väga erinev alt kuivad pinnad.
Füüsika: hõõrdejõud looduses ja tehnoloogias
Te kogete kogu aeg hõõrdumist ja peaksite olema rõõmus, et see on võimalik. Just see jõud aitab paigal hoida paigal olevaid esemeid ning inimene ei kuku kõndides alla. Mis on hõõrdumine? Looduses ja tehnikas võib näiteid leida igal sammul. Sa ei pruugi sellest aru saada, kuid oled selle jõuga juba väga tuttav. See toimub liikumisele vastupidises suunas ja seetõttu on see jõud, mis mõjutab objektide liikumist.
Kui liigutate kasti üle põranda, töötab hõõrdumine vastu kasti kasti vastassuunas. Mäest alla kõndides töötab hõõrdumine teie allapoole liikumise vastu. Kui rakendate autos pidureid ja jätkate mõnda aega liikumist, töötab hõõrdumine teie libisemissuuna vastu, mis aitab lõpuks libisemise täielikult peatada.
Kui kaks objekti "hõõrduvad" üksteise sisse, seatakse jõudobjektide molekulide vaheline külgetõmme, mis põhjustab hõõrdumist. Looduses ja tehnoloogias võib see esineda peaaegu iga aine faasi vahel – tahked ained, vedelikud ja gaasid. Hõõrdumine tekib kahe objekti, näiteks kasti ja põranda vahel, kuid võib tekkida ka kalade ja vee vahel, milles nad ujuvad, ning õhku kukkuvate esemete vahel. Õhust tingitud hõõrdumisel on erinimetus: õhutakistus.
Hõõrdumise roll looduses, tehnoloogias, elus
Hõõrdumine on inimkogemuse lahutamatu osa. Vajame veojõudu kõndimiseks, seismiseks, töötamiseks ja sõitmiseks. Samal ajal vajame energiat, et ületada liikumistakistus, mistõttu liigne hõõrdumine nõuab töö tegemiseks liigset energiat, mille tagajärjeks on ebaefektiivsus. 21. sajandil seisab inimkond silmitsi kahekordse väljakutsega – energiapuudus ja fossiilkütuste põletamisest tulenev globaalne soojenemine. Seega on hõõrdumise kontrollimise võime muutunud tänapäeva maailmas tähtsaimaks prioriteediks, kuid paljud ei mõista endiselt hõõrdumise põhiolemust.
Hõõrdumine looduses ja tehnoloogias (füüsika) on alati olnud uudishimulik teema. Selle jõu päritolu intensiivne uurimine algas 16. sajandil pärast Leonardo da Vinci teedrajavat tööd. Selle olemuse mõistmine on aga olnud aeglane, mida takistab täpse mõõtmise instrumendi puudumine. Teadlase Coulombi ja teiste tehtud geniaalsed katsed on andnud olulist teavet mõistmise aluse panemiseks. Alates 1800. aastate lõpust ja algusest1900. aastatel ilmusid aurumasinad, vedurid ja seejärel lennukid. Kosmoseuuringud nõuavad ka hõõrdumise selget mõistmist ja võimet seda kontrollida.
Katse-eksituse meetodil on tehtud märkimisväärseid edusamme hõõrdumise rakendamisel ja kontrollimisel loodustehnoloogias igapäevaelus. 21. sajandi alguses tekkis nanotehnoloogiate kasutamise tõttu nanomastaabis hõõrdumise uus mõõde. Inimeste arusaam aatomi- ja molekulaarhõõrdumisest laieneb kiiresti. Tänapäeval nõuavad energiatõhusus ja taastuvenergia tootmine viivitamatut tähelepanu, kuna teadus püüab süsinikdioksiidi heitkoguseid vähendada. Hõõrdumise kontrollimise võime muutub oluliseks sammuks jätkusuutlike tehnoloogiate otsimisel. See on energiatõhususe näitaja. Kui on võimalik vähendada tarbetuid energiakadusid ja suurendada praegust energiatõhusust, annab see aega alternatiivsete energiaallikate väljatöötamiseks.
Näited hõõrdumisest elus
Hõõrdumine on takistusjõud. See takistab mõne jõu rakendamisega teise objekti liikumist. Aga kust see jõud tuleb? Esiteks tasub hakata seda käsitlema molekulaarselt tasandilt. Hõõrdumine, mida igapäevaelus näeme, võib olla põhjustatud pinna karedusest. Seda pidasid teadlased pikka aega selle välimuse peamiseks põhjuseks.
Lihtsaimad näited hõõrdumisest looduses ja tehnoloogias on järgmised:
- Kõndimisel mõjub hõõrdumine, mismõjutab talda, annab meile võimaluse edasi liikuda.
- Seina vastu toetuv redel ei kuku põrandale.
- Inimesed seovad kingapaelu.
- Ilma hõõrdejõuta ei saaks autod sõita mitte ainult ülesmäge, vaid ka tasasel teel.
- Looduses aitab see loomadel puude otsas ronida.
Selliseid punkte on palju, on ka juhtumeid, kus see jõud võib vastupidi segada. Näiteks hõõrdumise vähendamiseks antakse kaladele spetsiaalne määrdeaine, tänu millele, nagu ka voolujoonelisele kehakujule, saavad nad vees sujuv alt liikuda.
